题目内容
【题目】用软锰矿(MnO2)、黄铁矿(FeS2)酸浸生产硫酸锰(MnSO4),并进一步制取电解二氧化锰(EMD)的工艺流程如下:
I. 将软锰矿、黄铁矿和硫酸按一定比例放入反应釜中,搅拌,加热保温反应一定时间。
II. 向反应釜中加入MnO2、CaCO3试剂,再加入Na2S溶液除掉浸出液中的重金属。
III. 过滤,向滤液中加入净化剂进一步净化,再过滤,得到精制MnSO4溶液。
IV. 将精制MnSO4溶液送入电解槽,电解制得EMD。
请回答下列问题:
(1)步骤I中搅拌、加热的目的是________。完成酸浸过程中反应的离子方程式:
FeS2 + MnO2 + === Mn2+ + Fe2+ + S + SO42-+ ,_____________________
(2)步骤II中加入MnO2用于将浸出液中的Fe2+转化为Fe3+,该反应的离子方程式是________。加入CaCO3将浸出液pH调至pH=5,从而除掉铁,请解释用CaCO3除铁的原理:________。
(3)步骤IV中用如图所示的电解装置电解精制的MnSO4溶液,生成EMD的是________极(填“a”或“b”),生成EMD的电极反应式是_________。
(4)EMD可用作碱性锌锰电池的材料。已知碱性锌锰电池的反应式为:Zn+2MnO2+2H2O=2MnOOH+Zn(OH)2。下列关于碱性锌锰电池的说法正确的是________(填字母序号)。
A.碱性锌锰电池是二次电池
B.碱性锌锰电池将化学能转化为电能
C.正极反应为:2MnO2+2H2O+2e-=2MnOOH+2OH-
D.碱性锌锰电池工作时,电子由MnO2经外电路流向Zn极
【答案】 加快反应速率,充分接触 FeS2 + 4MnO2 + 8H+ === 4Mn2+ + Fe2+ + S + SO42- + 4H2O MnO2 + 4H+ + 2Fe2+ === Mn2+ + 2Fe3+ + 2H2O Fe3++3H2O Fe(OH)3 + 3H+,加入CaCO3后,由于CaCO3(s) Ca2+(aq) + CO32-(aq),CO32- + 2H+ === CO2↑ + H2O(或CaCO3与H+反应),使得Fe3+的水解平衡向正反应方向移动,Fe3+转化为Fe(OH)3沉淀而被除去 b Mn2+ + 2H2O - 2e- === MnO2 + 4H+ BC
【解析】试题分析:(1)步骤I中搅拌、加热可以加快反应速率;根据得失电子守恒、电荷守恒配平离子方程式;(2)步骤II中加入MnO2, Fe2+被氧化为Fe3+,MnO2被还原为Mn2+;加入 CaCO3与H+反应,使Fe3+的水解平衡Fe3++3H2O Fe(OH)3 + 3H+向正反应方向移动;(3)MnSO4生成MnO2,发生氧化反应,所以生成MnO2的电极是阳极;(4)碱性锌锰电池是一次电池;电池将化学能转化为电能;正极MnO2得电子发生还原反应生成MnOOH;碱性锌锰电池工作时, MnO2是正极;
解析:(1)步骤I中搅拌、加热可以使反应物充分接触、加快反应速率;FeS2中S元素化合共价升高8,MnO2中Mn元素化合价降低2,根据得失电子守恒和电荷守恒,配平离子方程式为FeS2 + 4MnO2 + 8H+ === 4Mn2+ + Fe2+ + S + SO42- + 4H2O;(2)步骤II中加入MnO2, Fe2+被氧化为Fe3+,MnO2被还原为Mn2+,反应离子方程式是MnO2 + 4H+ + 2Fe2+ === Mn2+ + 2Fe3+ + 2H2O;加入CaCO3后,由于CaCO3(s) Ca2+(aq) + CO32-(aq),CO32- + 2H+ === CO2↑ + H2O,氢离子浓度减小,Fe3++3H2O Fe(OH)3 + 3H+向正反应方向移动,所以加入CaCO3将浸出液pH调至pH=5,Fe3+转化为Fe(OH)3沉淀而被除去;(3)MnSO4生成MnO2,发生氧化反应,所以生成MnO2的电极是阳极,选b;生成MnO2的电极反应式是Mn2+ + 2H2O - 2e- === MnO2 + 4H+;(4)碱性锌锰电池是一次电池,故A错误;电池将化学能转化为电能,故B正确;正极MnO2得电子发生还原反应生成MnOOH,正极反应式是2MnO2+2H2O+2e-=2MnOOH+2OH-,故C正确;碱性锌锰电池工作时, MnO2是正极,电子由Zn极经外电路流向MnO2,故D错误。
【题目】大量排放氮的氧化物会产生酸雨、光化学烟雾等环境问题。工业上处理氮的氧化物途径有多种:
Ⅰ.碱吸祛。利用纯碱溶液吸收NO、NO2,发生的反应有:
2NO2+Na2CO3=NaNO3+NaNO2+CO2,NO+NO2+Na2CO3=2NaNO2+CO2
用一定量纯碱溶被吸收NO、NO2恰好完全反应得到吸收溶液。
(1)向吸收溶液中滴加酸性高锰酸钾溶液,溶液褪色,氧化产物为NO3-,写出离子方程式__________
Ⅱ.天然气还原法。
CH4催化还原NO、NO2的热化学方程式如下:
①CH4(g)+4NO2(g)=4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g) ΔH1=-574k]/mol
②CH4(g)+4NO(g)=2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)ΔH2=-1160kJ/mol
(2)4NO(g)=N2(g)+2NO2(g)ΔH=_________
(3)上述物质NaNO2、NO、CO2中含有共同的化学键的类型是_______
Ⅲ.活性炭还原法。
在VL恒容密闭容器中加入足量的活性炭和一定量NO,恒温(T1)条件下发生反应生成Q、P(均为无污染物质)。测得物质的量与时间关系如表所示:
n/mol t/min | NO | Q | P |
0 | 0.200 | 0 | 0 |
10 | 0.116 | 0.042 | 0.042 |
20 | 0.080 | 0.060 | 0.060 |
30 | 0.080 | 0.060 | 0.060 |
(4)在T1温度下,NO的平衡转化率为_______;平衡常数K为_________(用分数表示)。
(5)30min后,将温度升高至T2达到平衡时,容器中NO、Q、P的浓度之比为3:1:1,则该反应的正反应ΔH_____0(填“>”“<”或“=”)。在T2温度达到平衡之后,再向容器中充入少量NO,则NO的平衡转化率将_____________“变大”“不变”“变小”)。